Jordens grundämnen

Vad är grundämnen?

Grundämnen består av atomer, som alla har samma antal protoner i atomkärnan.
Utöver det består atomer av neutroner och elektroner. Antalet protoner och neutroner avgör atomens vikt. Grundämnenas numrering utgår ifrån antalet protoner i atomens kärna. Det kallas även grundämnets atomnummer, som används i det periodiska systemet.

Ett exempel är kol, som uteslutande består av kolatomer, vilka har sex protoner i atomkärnan och därmed har atomnummer 6 i det periodiska systemet.

Vad är atomer?

Niels Bohr lade 1913 fram sin atomteori som beskrev att en atom består av en kärna, som innehåller en eller flera protoner. Kärnan innehåller ofta även en eller flera neutroner. Antalet protoner och neutroner bestämmer atomens vikt, och grundämnena är numrerade efter hur många protoner det finns i atomens kärna. Det kallas även grundämnets atomnummer.

Runt kärnan finns ett antal elektronskal - eller orbitaler - som organiserar elektronerna. I det innersta ska det vara ""plats"" till två elektroner, och i de yttre skalen kan det vara upp till åtta.

När det yttersta skalet är fyllt med åtta elektroner handlar det om ett mycket stabilt grundämne, som är obenäget att reagera med andra grundämnen. Ädelgaser har en full yttersta elektronskal och är därmed mycket stabila.

Niels Bohrs atomteori gäller än i dag - dock uppfattar vi inte elektronerna i en atom som organiserade i skal, utan snarare som ett slags vibrerande elektron-moln.

Hur många grundämnen finns det?

Sammanlagt finns det 118 olika grundämnen, varav 92 förekommer naturligt, medan resterande grundämnen är artificiellt framställda.

Alla grundämnen kan reagera och kopplas ihop – bilda en kemisk förening – på en miljon olika sätt. Vatten, H2O, är ett exempel på en kemisk förening, i vilken två väteatomer har reagerat med en syreatom.

Grundämnenas atomnummer, kemiska egenskaper och förmåga att ingå i kemiska föreningar har sammanställts i det periodiska systemet.

Radioaktiva grundämnen

Vissa grundämnen besitter egenskapen radioaktivitet. Dessa grundämnen har för många neutroner i atomkärnan i förhållande till antalet protoner. Det gör atomerna instabila, och för att återskapa stabilitet sänder de ut strålning – eller sönderfaller.

Det finns tre olika slags strålning:

• Alfastrålning
• Betastrålning
• Gammastrålning

Radioaktiva ämnen är farliga för att de avger strålning med så hög energi att strålningen kan riva bort elektroner från atomer och molekyler, så att de blir elektriskt laddade - så kallade joner. Om hela kroppen, ett organ eller några celler utsätts för radioaktiv strålning kan det uppstå skador.

Vad är en isotop?

Atomer som tillhör samma grundämne har alltså alltid samma antal protoner. Antalet neutroner kan däremot variera och atomer med samma antal protoner men olika antal neutroner kallas isotoper. Isotoper kan antingen vara tyngre eller lättare än det ursprungliga grundämnet. Om det är färre neutroner är isotopen lättare, medan fler neutroner än det vanliga grundämnet däremot skapar en tyngre isotop.

Isotoper av samma grundämne har samma kemiska egenskaper. Om det råder en stor obalans mellan proton- och neutronantalet i kärnan, kan isotoperna vara radioaktiva och instabila och därmed sönderfalla till andra ämnen. Detta utnyttjas bland annat med den radioaktiva isotopen kol-14, som kan användas till att datera arkeologiska fynd.

Det lättaste grundämnet, väte, har bara tre isotoper och är därmed det ämne som finns i minst antal varianter. Cesium och xenon har 36 isotoper och är de ämnen som har flest varianter.

Vem upptäcke det första grundämnet?

Grundämnen som guld, silver, bly och kvicksilver har varit kända i många århundraden, och ingen vet vem som upptäckte dem. De första säkra historiska vittnesbörden om ett grundämnes upptäckt är från 1669, då den tyske alkemisten och handelsmannen Henning Brand upptäckte och tillverkade grundämnet fosfor i ren form.

I sina försök att skapa guld lät han en hink med sin egen urin stå och luftas i flera dagar, varefter han kokade den till en tjock pasta. Denna hettades sedan upp kraftigt, och ångorna från den lät han kondensera i vatten.

Enligt planerna skulle guldklumpar nu bildas i vattnet, men i stället fann han en vit, vaxartad substans som lyste i mörkret. Han döpte ämnet till fosfor, som på grekiska betyder lysande.

Trots att det inte var guld han tillverkat, blev han ändå rik på sin upptäckt. Han höll nämligen receptet hemligt och sålde det dyrt till den tyske läkaren Johannes Daniel Krafft, som reste runt och visade det självlysande ämnet för de europeiska hoven.

Modern kemi uppstod först med fransmannen Antoine Lavoisiers försök på 1770-talet. Med hans försök blev kemi en exakt vetenskap, och under de följande hundra åren fick man kännedom om ett stort antal grundämnen, som forskarna nu försökte att ordna efter deras olika egenskaper.